3-zhou目的蛋白質(zhì)表達(dá)、純化、檢測(cè)

1、實(shí)驗(yàn)五目的基因的原核表達(dá)及檢測(cè)現(xiàn)代分子生物學(xué)大實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹攸c(diǎn)掌握表達(dá)載體構(gòu)建的原理及方法掌握目的基因原核誘導(dǎo)表達(dá)的原理及方法了解目的蛋白質(zhì) “標(biāo)簽”純化的基本原理和方法掌握PAGE變性凝膠電泳的原理及方法掌握考馬斯亮藍(lán)染色的方法2實(shí)驗(yàn)原理3目的蛋白質(zhì)的誘導(dǎo)表達(dá)目的蛋白質(zhì)的純化目的蛋白質(zhì)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)原理4蛋白質(zhì)的表達(dá)：將克隆基因插入合適載體后導(dǎo)入宿主細(xì)胞表達(dá)大量蛋白質(zhì)的方法。體內(nèi)很難分析單個(gè)蛋白質(zhì)的作用進(jìn)行大量表達(dá)和純化是為了在體外進(jìn)行研究應(yīng)用于蛋白純化、定位及功能分析等方面實(shí)驗(yàn)原理5圖 pET14b-His-TAT-EGFP-p38-16 peptides 融合蛋白在Hela細(xì)胞中的熒光顯微

2、鏡檢測(cè)（400）例6酵母表達(dá)系統(tǒng) 昆蟲(chóng)表達(dá)系統(tǒng) 哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)的蛋白具有正常的活性、構(gòu)象技術(shù)難度較大、耗時(shí)、耗資大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)簡(jiǎn)單，時(shí)間較短，費(fèi)用低，系統(tǒng)比較完備不能有效地對(duì)重組蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾加工，易形成包涵體原核細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng) 真核細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理7原核細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)菌株菌株內(nèi)源的蛋白酶過(guò)多，可能會(huì)造成外源表達(dá)產(chǎn)物的不穩(wěn)定，所以一些蛋白酶缺陷型菌株往往成為理想的起始表達(dá)菌株。堪稱經(jīng)典的BL21系列就是lon和ompT蛋白酶缺陷型，也是我們非常熟悉的表達(dá)菌株。大名鼎鼎的BL21(DE3)融源菌則是添加T7聚合酶基因，為T7表達(dá)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。 實(shí)驗(yàn)原理8原核表達(dá)質(zhì)粒的構(gòu)建目的基

3、因表達(dá)載體PlasmidTaglacIqPromoterAmpr多克隆位點(diǎn)實(shí)驗(yàn)原理9目的基因 / DNA / PCR / 酶切 / Primer例：p38中抑制多肽16肽序列 GGA AGA ACA TTG TTT CCT GGT ACA GAC CAT ATT GAT CAG TTG AAG CTCF 5-ACG GAT CC TA GGA AGA ACA TTG TTT CCT GGT-3 R 5-ACG GAT CC TTA GAG CTT CAA CTG ATC AAT ATG G-35端引物中AC是隨機(jī)保護(hù)堿基，G GAT CC是BamH I酶切位點(diǎn)，TA是為防止移碼而引入的兩個(gè)堿基

4、，隨后是編碼16肽前7個(gè)氨基酸的堿基序列。3端引物中AC是隨機(jī)保護(hù)堿基，G GAT CC是BamH I酶切位點(diǎn)，TAA是終止密碼子的反向互補(bǔ)序列，隨后是從編碼16肽堿基序列的最后一個(gè)堿基開(kāi)始的反向互補(bǔ)序列。實(shí)驗(yàn)原理1011表達(dá)載體能將外源基因運(yùn)載到大腸桿菌細(xì)胞中;在基本骨架的基礎(chǔ)上增加表達(dá)元件，就構(gòu)成了表達(dá)載體。元件啟動(dòng)子、終止子、核糖體識(shí)別序列誘導(dǎo)性表達(dá)所需要的元件操縱子序列調(diào)控基因多克隆位點(diǎn)融合Tag復(fù)制起始序列篩選標(biāo)記/報(bào)告基因各種表達(dá)載體的不同之處 在于其表達(dá)元件的差異。實(shí)驗(yàn)原理12啟動(dòng)子的強(qiáng)弱是對(duì)表達(dá)量有決定性影響的因素之一。從轉(zhuǎn)錄模式上看有組成型表達(dá)和誘導(dǎo)調(diào)控型表達(dá)。lac和Tac

5、，PL和PR，T7是最常用的啟動(dòng)子， 轉(zhuǎn)錄終止子 核糖體結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)子、終止子、核糖體識(shí)別序列操縱子序列及配套的調(diào)控基因誘導(dǎo)性表達(dá)所需要的元件多克隆位點(diǎn)復(fù)制起始序列實(shí)驗(yàn)原理13用作分離的載體蛋白被稱為標(biāo)簽蛋白或標(biāo)簽多肽 （Tag）。標(biāo)簽位于表達(dá)載體的多克隆位點(diǎn)的N端或者C端，能夠與目的基因融合表達(dá)（N端或者C端融合表達(dá)）。目前常用的標(biāo)簽有組氨酸標(biāo)簽（His-Tag）谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶（glutathione S transferase）標(biāo)簽（GST-Tag）硫氧還蛋白（thioredoxin, Trx）標(biāo)簽麥芽糖結(jié)合蛋白（Maltose Binding Protein, MBP）蛋白質(zhì) A（pr

6、otein A）纖維素結(jié)合位點(diǎn)（cellulose binding domain）標(biāo)簽等。一般對(duì)于小分子用較大的Tag（如GST）以獲得穩(wěn)定表達(dá)；而一般的基因多選擇小Tag（如His）減少對(duì)目的蛋白的影響。實(shí)驗(yàn)原理14篩選標(biāo)記/報(bào)告基因表達(dá)抗藥性基因，Amp是最常見(jiàn)的篩選標(biāo)記，kana，新霉素，四環(huán)素，紅霉素和氯霉素。抗性基因的選擇要注意是否會(huì)對(duì)研究對(duì)象產(chǎn)生干擾，比如代謝研究中要留意抗性基因編碼的酶是否和代謝物相互作用。GFP（綠色熒光蛋白）是最常用的報(bào)告基因了，半乳糖苷酶，熒光素酶。一些融合表達(dá)Tag也有報(bào)告基因的功能。實(shí)驗(yàn)原理15常用表達(dá)載體pGEX系列載體是谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（GST）融

7、合蛋白表達(dá)系統(tǒng)的載體。Ptac PromoterAmppGEX - KGpET系列的載體是His6融合蛋白的表達(dá)載體。T7KanapET - 14b實(shí)驗(yàn)原理1617目的蛋白質(zhì)的誘導(dǎo)表達(dá)lacI q（Lactose）lacI是大腸桿菌中l(wèi)ac 操縱子（Operon）的調(diào)節(jié)基因，它所表達(dá)的阻遏蛋白是lac 操縱基因（Operator）的抑制因子，抑制轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)。當(dāng)有乳糖存在時(shí)，這種阻遏蛋白能與過(guò)量的乳糖結(jié)合而失去對(duì)操縱基因的抑制，使lac 操縱子上的結(jié)構(gòu)基因lacZ（-半乳糖苷酶)、lacY（透性酶)、lacA(乙?；D(zhuǎn)移酶）得以正常表達(dá)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。IPTG（異丙基-D-1-硫代半乳糖苷) 作為乳糖

8、的類似物與lacI阻遏蛋白結(jié)合而使操縱基因不被抑制，因此IPTG經(jīng)常作為lac 操縱子的誘導(dǎo)劑而使用。實(shí)驗(yàn)原理18AmpRPlasmidpGEX-KGGSTlacIqPtac PromoterAmprIPTG多克隆位點(diǎn)實(shí)驗(yàn)原理19BamH INde IBamH IcDNA酶切Nde I基因片段酶切后的目的基因 酶切 連接轉(zhuǎn)化篩選（藍(lán)白斑）鑒定（PCR、酶切、測(cè)序）原核表達(dá)質(zhì)粒的構(gòu)建成功20原核表達(dá)的誘導(dǎo)條件IPTG濃度： 0.01-5mmol/L誘導(dǎo)時(shí)間：3h誘導(dǎo)溫度：15-42 實(shí)驗(yàn)原理21目的蛋白質(zhì)的純化破碎細(xì)胞超聲破碎溶菌酶裂解從細(xì)胞蛋白中純化出GST和His融合蛋白GST可以通過(guò)谷胱甘

9、肽-瓊脂糖親和層析進(jìn)行純化。由于GST對(duì)谷胱甘肽的親和力非常高，因此可以利用谷胱甘肽固化于瓊脂糖形成的親和層析樹(shù)脂對(duì)GST及其融合蛋白進(jìn)行純化，最后通過(guò)含有游離的谷胱甘肽的緩沖液,洗脫結(jié)合的GST融合蛋白。Poly His多聚組氨酸能與多種過(guò)渡金屬或過(guò)渡金屬鰲和物結(jié)合，因此帶HIS-6的蛋白能結(jié)合與固化的Ni2+樹(shù)脂，用適當(dāng)?shù)木彌_液（PBS）洗沖洗去除其他雜蛋白后，再用可溶的競(jìng)爭(zhēng)性鰲合劑（咪唑）洗脫可以回收靶蛋白。實(shí)驗(yàn)原理2223目的蛋白質(zhì)的檢測(cè)蛋白質(zhì)分子量的檢測(cè)SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳目的蛋白質(zhì)的分析實(shí)驗(yàn)原理24十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS）是目前用于測(cè)定蛋白質(zhì)分子量最好的方

10、法。 SDS是一種強(qiáng)陰離子型去污劑，能斷裂分子內(nèi)和分子間的氫鍵，使分子去折疊，破壞蛋白質(zhì)分子的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)。在樣品和凝膠中加入SDS和還原劑后，強(qiáng)還原劑例如巰基乙醇和二硫蘇糖醇能使半胱氨酸殘基之間的二硫鍵斷裂，通過(guò)加熱使蛋白質(zhì)解離。解離后的氨基酸側(cè)鏈與SDS結(jié)合形成帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)-SDS復(fù)合物。實(shí)驗(yàn)原理25蛋白質(zhì)中加入 SDS 并加熱， SDS 分子上的非極性區(qū) (黃色尾巴)會(huì)與蛋白質(zhì)上的非極性區(qū)結(jié)合，使蛋白質(zhì)變性，成為一線狀長(zhǎng)條分子，上面布滿 SDS 分子。SDS 分子的極性區(qū) (洋紅色圓點(diǎn))，則露在外面，以增加親水性。SDS是一種陰離子表面活性劑，能打斷氫鍵和疏水鍵，并按一定的比例和蛋

11、白質(zhì)分子結(jié)合成復(fù)合物，使蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其本身原有的電荷，掩蓋了各種蛋白質(zhì)分子間的天然的電荷差異。SDS最終使蛋白質(zhì)變成具有高負(fù)電荷的線狀分子。2697.0 kDa27實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備28誘導(dǎo)、培養(yǎng)37恒溫?fù)u床電泳檢測(cè)Hoefer miniVE Vertical Electrophoresis System 儀器與設(shè)備29LB培養(yǎng)基、Amp、IPTG30%丙烯酰胺貯液1.0M Tris(PH6.8)(濃縮膠),1.5M Tris(PH8.8)(分離膠)10%SDS，10%過(guò)硫酸銨（APS作用主要是提供自由基，然后在促凝劑TEMED的作用下使丙烯酰胺及甲叉丙烯酰胺聚合。 ），四甲基乙二銨（TE

12、MED可以催化過(guò)硫酸銨產(chǎn)生自由基，從而加速丙烯酰胺凝膠的聚合 ）1XTris-甘氨酸電泳緩沖液：25mM Tris, 250mM 甘氨酸，0.1% SDS1xSDS上樣緩沖液：50mM Tris-HCl（6.8），100mM DTT，2% SDS，10% 甘油，0.1% 溴酚藍(lán)染色液：90甲醇：90冰乙酸：20水0.5g R-250脫色液：90甲醇：90冰乙酸：20水實(shí)驗(yàn)試劑30實(shí)驗(yàn)步驟31培養(yǎng)誘導(dǎo)樣品制備SDS凝膠檢測(cè)實(shí)驗(yàn)步驟321）挑取單菌落，接入3ml含氨芐青霉素（50ug/ml）的LB培養(yǎng)液， 37培養(yǎng)過(guò)夜。2）取50ul過(guò)夜培養(yǎng)物接入3ml含氨芐青霉素（50ug/ml）的LB培養(yǎng)液，

13、37振蕩培養(yǎng)2h以上，至對(duì)數(shù)中期（A600=0.50.6）。3）吸出1ml未經(jīng)誘導(dǎo)的培養(yǎng)物放在一個(gè)微量離心管中，室溫高速離心1min，沉淀懸浮于100ul PBS中，加入溶菌酶（終濃度1mg/ml）37度消化。4）在剩余培養(yǎng)物中加入IPTG至終濃度1mmol/L，37 繼續(xù)培養(yǎng)3h，取1ml樣品放于微量離心管中，室溫高速離心1min ，沉淀懸浮于100ul PBS中，加入溶菌酶（終濃度1mg/ml） 37度消化。 。5）消化后混合等體積的1 x SDS凝膠加樣緩沖液，100度加熱3min，室溫高速離心1min，冰上放置，待全部樣品處理完后上樣。目的蛋白質(zhì)的誘導(dǎo)表達(dá)及檢測(cè)336 ）將電泳槽玻璃板

14、洗凈，吹干，并用凡士林封邊,安裝好7 ）配12%分離膠，將配好的分離膠立即倒入凝膠槽內(nèi)，至凝膠槽 高三分之二處，加蒸餾水密封。待膠凝固后（約需 30min倒掉 水，用吸水紙吸干8）配5%濃縮膠將配好的濃縮膠立即倒入凝膠槽內(nèi)（以插入梳子不 溢出為宜），插入梳子9）待膠凝固后，拔出梳子，放入電泳槽中10）制備好的樣品加入上樣孔11）連接電泳儀12）打開(kāi)電源，調(diào)整電壓至80V，待樣品跑過(guò)濃縮膠（大約需 30min）后將電壓調(diào)至120V，待指示劑（溴酚蘭）到達(dá)凝膠 的底部距離下緣1cm時(shí)停止電泳，大約需2h，電泳結(jié)束。SDS聚丙烯酰胺凝膠配制（mini VE）353637目的蛋白質(zhì)的檢測(cè)-考馬斯亮藍(lán)染色考馬斯亮藍(lán)R250（coomassie brilliant blue）是一種三苯甲烷紡織染料，又稱酸藍(lán)83，分子上含有兩個(gè)S03H基團(tuán)，偏酸性，能結(jié)合在蛋白質(zhì)的堿性基團(tuán)上。能夠檢測(cè)出大于0.1ug蛋白條帶。38將凝膠浸泡在染色液中，室溫在搖床上緩慢